Выращивание и изучение физических свойств кристаллов медного купороса и перманганата

калия
Выполнила: Вариксоо Елена Юкувна,
ученица МОУ «Изборский лицей»
Печорского района, 9

класс.
Научный руководитель:
учитель физики Кузьминых Олег Иннокентьевич,
консультант Кузьмина Галина Ивановна,
методист отделения физики ПОЦРОД и Ю

Поэзия! Завидуй кристаллографии!
Кусай ногти в гневе и бессилии! О.Э.Мандельштам

из смеси растворов, крупные кристаллы способом затравки и в лабораторных

условиях изучить их некоторые физические свойства.
Цель работы:
Вырастить кристаллы медного купороса и перманганата калия, а также смеси растворов данных веществ.
Изучить и рассчитать электропроводность выращенных кристаллов медного купороса. Определить к какому классу электропроводимости относится данное вещество.
Изучить микротвердость и плотность кристаллов медного купороса.

кристаллов медного купороса нет ни в литературных источниках, ни в

Интернете. Сведения об электрическом сопротивлении кристаллов короткие: известно, что оно велико, но нет точных табличных данных.

купороса и перманганата калия.
Предмет исследования – расчёт электропроводимости

и микротвердости кристаллов медного купороса, выращенных в домашних условиях.

научной и научно – популярной литературы по теме исследования и

на этом основании:
Вырастить кристаллы медного купороса, перманганата калия и из смеси растворов данных веществ в домашних условиях;
Выявить объективные условия и изменения, происходящие с кристаллами при одинаковых условиях выращивания в зависимости от различного химического состава;
Определить микротвердость выращенных кристаллов.
Определить электропроводность выращенных кристаллов. Для выполнения некоторых частей данной задачи необходимо было создать «таблетку» из мелких кристаллов.
Изучить полученные результаты (сравнить с табличными, если таковые есть).

проблемы;
Практические:
выполнение лабораторных работ:
по выращиванию кристаллов медного купороса, перманганата

калия и их смеси.
по созданию «таблеток» из мелких кристаллов для дальнейшего изучения их электропроводности.
по измерению плотности и микротвердости.
3. Применение метода компенсации для изучения электропроводности крупных кристаллов и «таблеток» медного купороса.

университета имени С.М.Кирова
частный дом в д. Раково Новоизборской волости

Печорского района.
кабинет физики МОУ «Изборский лицей»

Дефекты в кристаллах.
Применение кристаллов.
Образование и

рост кристаллов.
Методы выращивания кристаллов.
Кристаллизация из растворов.
Кристаллы в природе.

в которых расположение атомов или молекул друг относительно друга периодически

повторяется в пространстве при параллельном перемещении. Кристаллические тела делятся на два вида: поликристаллические и монокристаллические.

обусловленная наличием в них подвижных заряженных частиц (носителей заряда) —

электроионов, ионов и др.

частиц в кристаллической решетки.
Бывают:
точечные дефекты
линейные дефекты
поверхностные или

двухмерные дефекты
объемные или трехмерные.

кристаллизации (ВНК) создан в 1924 И. В. Обреимовым и Л.

В. Шубниковым;
Метод горизонтальной направленной кристаллизации (ГНК) разработан в Институте кристаллографии АН;
Синтез драгоценных ювелирных и технических камней по способу М. А. Вернейля.
Кристаллизация из растворов.

части которого помещается исходное вещество, а в верхней подвешивается затравка.

В результате возникает конвекция раствора, обеспечивающая постоянный перенос вещества снизу вверх, в зону роста.

кристаллы со дна емкости также взяты для исследования.

твёрдости исследуемого кристалла медного купороса.
Приборы и материалы: микротвёрдометр ПМТ-3, исследуемый

кристалл.
Ход работы:
П.1. произведение 5 уколов в исследуемый кристалл.
П.2. замер диагоналей отпечатков алмазной пирамиды.
П.3. перевод числа деления окуляра в миллиметры.
П.4. расчёт числа твёрдости по формуле: , где H – число
твёрдости, P – нагрузка на пирамиду, выраженная в Ньютонах, d – диагональ отпечатка в мм.
П.5. Расчёт приборной и статистической погрешностей измерений.
Произведённые замеры дали следующие результаты:
1 дел = 0, 000315мм
d1 = 87,5 дел. = 0,0275625 мм, d2 = 84 дел. = 0,02646 мм, d3 = 85,5 дел. = 0,0269325 мм,d4 = 76 дел. = 0,02394 мм,d5 = 77,5 дел. = 0,0244125 мм

медного купороса.
Приборы и материалы: исследуемый кристалл, весы лабораторные с разновесом,

штангенциркуль.
Ход работы:
П.1. определение массы кристалла: В ходе проведённого взвешивания было определено, что масса исследуемого кристалла m = 0,065г
П.2. определение объёма кристалла:
Так как кристалл представляет собой прямоугольный параллелепипед, то его объём определяется по формуле: V = a∙b∙c, где а это длина кристалла, b – ширина кристалла, с – толщина кристалла. Измерения были проведены при помощи штангенциркуля с ценой деления 0,05 мм. В ходе измерений были получены следующие результаты:
a = 0,59 см; b = 0,38 см; с = 0,13 см
V = 0,59 см ∙ 0,38 см ∙ 0,13 см = 0,029146 см3 – объём исследуемого кристалла
П.3. определение плотности кристалла:

ξ(V)


ξ(ρ) = 1,5% + 5,9% = 7,4%;
Итоговый результат: ρ

= (2230 ±166)кг/м3, при ξ(ρ) = 7,4%
Для сравнения: табличный результат от 2200 до 2300кг/м3.Этот результат подтверждает выдвинутую гипотезу.

монокристалл
Синий график - поликристалл

Монокристалл Поликристалл

E1=5145.6 eB E1=4142 eB
E2=907.14 eB E2=709.7 eB

метод измерений), один из вариантов метода сравнения с мерой, в

котором на нулевой прибор воздействует сигнал, пропорциональный разности измеряемой и известной величин, причем эту разность доводят до нуля. Пример: измерение электрических величин (электродвижущей силы, электрического сопротивления, емкости и др.) с применением потенциометров и измерительных мостов.

купороса наиболее важная соль меди, часто служит исходным сырьём для

получения других соединений. Безводный сульфат меди можно использовать как индикатор влажности, с его помощью в лаборатории проводят осушку этанола и некоторых других веществ. Наибольшее количество непосредственно применяемого CuSO4 расходуется на борьбу с вредителями в сельском хозяйстве, в составе с бордосской смеси с известковым молоком – от грибковых заболеваний и виноградной тли, а также для протравливания зерна. В пищевой промышленности изредка используется в качестве консерванта(пищевая добавка Е519). Применяют при получении минеральных красок, при выделке кож, в гальванических элементах.

при смешении его с концентрированной H2SO4, а также с некоторыми

органическими веществами (напр., глицерином) может произойти взрыв. Используется для метода химического титриметрического анализа, основанный на применении растворов перманганата калия (КМnО4) для количественно объёмных определений. В химической практике широко применяют как окислитель; в медицине как дезинфицирующее средство при ожогах и других повреждениях, а также для отбеливания тканей, в фотографии.

– цветок. Синтезированные формы: камень галицийский синий, купорос медный, цианозит.

Cu[SO4]⋅5H2O.Редкий. Цвет: голубой, синий до зеленовато-синего. Блеск стеклянный. Твердость 2 – 2,5. Плотность 2,2 – 2,3. В воде легко растворяется. Встречается в зоне окисления медных руд или выпадает из водных растворов на медных рудниках. Редок ввиду легкой растворимости.

оксидов, MnO2. Иногда содержит до несколько % воды. Примеси K

и др. Темные, плотные, землистые массы. Твердость от 2 до 6-6,5; плотность около 5,1 г/см3. Важная руда марганца. Чистые пиролюзиты используются в производстве сухих гальванических элементов, химических препаратов, в стеклянном, фарфоровом и других производствах.

нами гипотеза полностью подтверждается: нам удалось вырастить кристаллы медного купороса,

перманганата калия и из смеси растворов данных веществ, а также определить опытным путём число электропроводности, плотности и микротвердости выращенных кристаллов медного купороса.
В ходе исследований мы выяснили , что кристаллы медного купороса являются полупроводником.

В ходе наблюдений за ростом кристаллов мы выяснили, что кристаллы разных солей растут с разной скоростью. Быстрее всего образовывались кристаллы медного купороса, немного медленнее кристаллы из смеси растворов и самыми медленными в росте оказались кристаллы перманганата калия.
Процесс кристаллизации происходил интенсивно в результате частого перепада температур, так как частный дом, где выращивались кристаллы, без удобств.

Штминца,1972
Буховцев О.Ф., Климантович Ю.Л. Физика -9 .– М.,1988
Енохович

А.С. Справочник по физике.-М.: Просвещение, 1978
Кабардин О.Ф., Кабардина С.И. и др. Факультативный курс физики.
- М.,1974
Ландау Л.Д.и др. Физика для всех. Молекулы.. –М., 1984
Физика твердого тела. Лабораторный практикум (методы получения
Твёрдых тел и исследования их структуры) / под ред. Прооф. Хохлова. -М.: Высшая школа, 2001, т.1
Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твёрдого тела.- М.: Высшая школа, 2000
Чупрунов Е.В., Хохлов А.Ф., Фадеев М.А. Кристаллография. –М.: Изд-во физ.-мат. литературы, 2000
Штейнберг А.С. Репортаж из мира сплавов. –М., 1989